【正文】 換器以及一個(gè)雙 12 位 D／ A 轉(zhuǎn)換器； 2個(gè)比較器、 5 個(gè) 16 位通用定時(shí)器、 5個(gè)捕捉／比較模塊的可編程計(jì)數(shù)／定時(shí)器陣列、看門狗定時(shí)器、VDD 監(jiān)視器和溫度傳感器等部分； C8051F020 單片機(jī)支持雙時(shí)鐘，其工作電壓范圍為 ～ （端口 I/O,RST 和 JTAG 引腳的耐壓為 5V）。這種方法在開關(guān)數(shù)量多的情況下可以節(jié)省很多的接口，并且提高系統(tǒng)接口的利用率。 因此，對(duì)于本設(shè)計(jì)來說是不想適應(yīng)的。 方案二：采用傳統(tǒng)的直接頻率合成法直接合成。 通過鍵盤輸入、 LCD 顯示形成人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出信號(hào)的控制。 Direct Digital Synthesis (DDS)。 方案三：采用鎖相環(huán)間接頻率合成 (PPL)。并且這種單片機(jī)的價(jià)格高于其它同類產(chǎn)品，并且很多的功能用不上，故不考慮用這個(gè)方案。系統(tǒng)基本框圖如圖 2： 5 圖 2 系統(tǒng)基本框圖 1． 2 理論分析與計(jì)算 頻率精度計(jì)算 采用美國(guó) AD 公司先進(jìn)的 DDS 直接數(shù)字頻率合成技術(shù)生產(chǎn)的高集成度產(chǎn)品AD9954 芯片。因?yàn)槠? CIP51 中采用了流水線處理結(jié)構(gòu)，已經(jīng)沒有了機(jī)器周期時(shí)序，指令執(zhí)行的最小時(shí)序單位為系統(tǒng)時(shí)鐘，大部分指令只要 1～ 2 個(gè)系統(tǒng)周期即可完成。最后還要選擇所用 I／ O口的輸出方式， P0、 P P P3 口分別由 POMDOUT、P1MDOUT、 P2MDOUT、 P3MDOUT 端口輸出方式寄存器來選擇，寄存器中的某位置 0為漏極開路輸出方式，置 1 則為推拉輸出方式。 圖 10 調(diào)幅電路 方波電路 輸入正弦波信號(hào)外接比較電路產(chǎn)生方波信號(hào)。 （ 4)觀察示波器的顯示頻 率、周期和峰 峰值。這是一大遺憾。 //從 9954 寄存器讀數(shù)據(jù) extern void AD9954_read_reg(unsigned char address,unsigned char *pointer)。 void WriteLCD_Number(unsigned char Address,unsigned char Number)。 // 將有下拉的引腳配置為推挽方式 P74OUT=0X13。 //滿幅輸出 while(1) { key=Getkey()。 if(P6==0xBD)return 7。 WriteLCD(0x8B,0,輸入狀態(tài) )。//寄存器長(zhǎng)度表，用于查詢AD9954 控制寄存器的長(zhǎng)度 30 char xdata o_buf[10]={0xaa,0xaa,0xaa,1,1,1}。 AD9954_SIO=0。 } //9954 data out when falling edge unsigned char AD9954_readbyte_m(void) {char t,dat,i。 } 32 void AD9954_write_reg(unsigned char address,unsigned char *pointer) { unsigned char i,l。il。 o_buf[1]=char_p[1]。 AD9954_io_updata()。 WriteLCD(0x90,0,A:)。 lcd_delay()。=0xfd。 P4amp。 StartAddress=0x98。 i++。 //如果地址為 0 則自動(dòng)接著原來的位置寫 . 否則按指定地址寫 WriteLCD_Data((Number/10)+0x30)。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。 //取出千位數(shù)字 WriteLCD_Data((Number/100) + 0x30)。 //WriteLCD_Data(*i)。 } //改變地址 ,實(shí)現(xiàn)了逐行顯示 unsigned char ChangeAddress(unsigned char StartAddress) { switch(StartAddress) { case 0x87: WriteLCD_Command(0x90)。 P4amp。 P4amp。 lcd_delay()。 } /**************************************** 顯示主程序 *****************************************/ void DISPInitial() { WriteLCD_Command(0x30)。 o_buf[1]=0x00。 temp3=(unsigned long)temp0。 AD9954_SYN = 0。 AD9954_CLK=0。 delay_u(10)。 AD9954_RST=1。 //有下拉 sbit AD9954_CLK = AD9954_CRL^0。 return 76。 if(P6==0x7E)return 4。 //9954 初始化 AD9954_en_cos_o()。 // select external oscillator as SYSCLK // source and enable missing clock // detector } // // PORT_Init // 27 // Configure the Crossbar and GPIO ports void PORT_Init (void) { XBR0 = 0x00。 void WriteLCD_Data(unsigned char Data)。 2020 25 附錄 一 對(duì) AD9954 編程的主要源程序清單 //對(duì) AD9954 編程的主要源程序清單 include include //ad9954 初始化 extern void AD9954_init(void)。輸出的波形純真，失真率低。 測(cè)試儀器 示波器： YB5400 系列數(shù)字存儲(chǔ)示波器 輸出波形頻率范圍測(cè)試 測(cè)試數(shù)據(jù)如 表 一、表二、表三 ： 表一 第 1 組 測(cè)試 數(shù)據(jù) 預(yù)置頻率 /Hz 輸出頻率 /Hz 正弦波 方波 三角波 100 200 1000 2000 10000 10002 10002 10002 20000 20005 20005 20005 50000 50010 50010 50010 100000 100020 100020 100020 表 二 第 2 組測(cè)試數(shù)據(jù) 預(yù)置頻率 /Hz 輸出頻率 /Hz 正弦波 方波 三角波 100 200 20 1000 2000 10000 10002 10002 20000 20005 20005 20005 50000 50010 50010 100000 100020 100019 100021 表 三 第 3 組測(cè)試數(shù)據(jù) 預(yù)置頻率 /Hz 輸出頻率 /Hz 正弦波 方波 三角波 100 200 1000 2000 10000 10002 10002 20000 20005 20005 20005 50000 50010 50010 50010 100000 100020 100020 100020 由表中的數(shù)據(jù)可以看出，在輸出頻率穩(wěn)定度方面，正弦波、方波、三角波均十分穩(wěn)定。 (3) AD9954 電路部分 AD9954 為電流輸出型芯片，自帶濾波功能，故其外圍電路主要為數(shù)據(jù)控制線的引出和電流轉(zhuǎn)換為電壓輸出電路， AD9954 的外圍電路如圖 6： 12 圖 6 AD9954 的外圍電路 (4) AD9954 總體外圍電路 由 C8051F020 輸出控制信號(hào)控制 AD9954， AD9954 產(chǎn)生波形， AD9954 總體外圍電路如圖 7： 13 圖 7 AD9954 總體外圍電路 2． 2 單元硬件電路設(shè)計(jì) 矩陣 (4 4)鍵盤電路 在開關(guān)數(shù)量多的情況下， 采用矩陣 (4 4)鍵盤可以節(jié)省很多的接口，并且提高系統(tǒng)接口的利用率。例如，不能為 UART0 功能只分配 TX0 引腳而不分配 RX0 引腳。低通濾波器平滑并濾除不需要的取樣分量，以便輸出頻譜純凈的正弦波信號(hào)。 方案二：為了提高單片機(jī)的資源利用率，按鍵部分使用矩陣 (4 4)鍵盤。由于 2051 是精簡(jiǎn)型 ， 所以 P 口變得很少，這樣一來可利用資源比較緊張 ，只能做一些簡(jiǎn)單的產(chǎn)品 。使用該芯片，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，可以生成同一頻率信號(hào)的各種波形信號(hào)，但 頻率精確度和穩(wěn)定度都 難以達(dá)到要求。 單片機(jī)對(duì)內(nèi)部寄存器控制， AD9954 就可以產(chǎn)生一個(gè)頻譜純凈、頻率和相位都可編程控制且穩(wěn)定性很好的模擬波形， 整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，電路簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大，可擴(kuò)展性強(qiáng)。 AD9954 1 緒 論 直接數(shù)字頻率合成技術(shù) (direct digital synthesizer， DDS)是在 20世紀(jì) 7O年代提出的，利用數(shù)字可 控振蕩器技術(shù)，直接以數(shù)字信號(hào)控制產(chǎn)生高精度頻率信號(hào)，頻率分辨率可達(dá) LHz，與傳統(tǒng)的直接頻率合成 (Ds)、鎖相環(huán)間接頻率合成（ PLL ）， FNPLL合成和 PSG單環(huán)路合成相比，具有頻率切換時(shí)間極短、 頻率分辨率高、相位連續(xù)，相噪低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本低等優(yōu)勢(shì)。雖然具有工作頻率高、寬帶、頻譜質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)，但由于鎖相環(huán)本身是一個(gè)惰性環(huán)節(jié)，鎖定時(shí)間較長(zhǎng)，故頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間較長(zhǎng)。 方案四： C8051F020 是 Cygnal 出的一種混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)單片機(jī)（片上系統(tǒng)SOC），片內(nèi)含 CIP－ 51的 CPU 內(nèi)核，它的指令系統(tǒng)與 MCS－ 51 完全兼容；其中的C8051F020 單片機(jī)含有 64kB 片內(nèi) Flash 程序存儲(chǔ)器、 4352B（ 256B+4KB）的 RAM；8 個(gè) I／ O端口共 64 根 I／ O口線；一個(gè) 12 位 A／ D轉(zhuǎn)換器和一個(gè) 8位 A／ D 轉(zhuǎn)換器以及一個(gè)雙 12 位 D／ A轉(zhuǎn)換器； 2 個(gè)比較器、 5 個(gè) 16位通用定時(shí)器、 5 個(gè)捕捉／比較模塊的可編程計(jì)數(shù)／定時(shí)器陣列、看門狗定時(shí)器、 VDD 監(jiān)視器和溫度傳感器等部分； C8051F020 單片機(jī)支持雙時(shí)鐘，其工作電壓范圍為 ～ （端口I/O,RST 和 JTAG 引腳的耐壓為 5V）。 AD9954 內(nèi)部時(shí)鐘最大為 400MSPS， 內(nèi)置 14 位高速高精度 DAC， 低功耗工作，自帶頻率設(shè)置，幅度設(shè)置，相位設(shè)置， PSK， FSK，掃頻等功能，并有 1024 4 字節(jié)的 RAM。又由于其時(shí)鐘系統(tǒng)比 80C51 的更加完善，有多個(gè)時(shí)鐘源，且時(shí)鐘源可編程，時(shí)鐘頻率 范圍為0～ 25 MHz，當(dāng) CIP5l 工作在最大系統(tǒng)時(shí)鐘頻率 25 MHz 時(shí)，它的峰值速度可以達(dá)到 25 MI／ s， C8051F020 已進(jìn)入了 8 位高速單片機(jī)行列。另外，由于 C8051F020 的專用寄存器比一般 51 單片機(jī)多，而 8051 指令不能識(shí)別它增加的專用寄存器，公司提供 了所有的專用寄存器及相應(yīng)位的地址定義文件，用戶只需加一條＄ include ()指令即可。 比較電路 如圖 11： 15 圖 11 方波電路 三角波電路 輸入方波信號(hào)外接積分電路產(chǎn)三角波波信號(hào)。 （ 5)記錄正弦波的輸出頻率 （ 6)關(guān)閉電源 測(cè)試方波輸出頻率 （ 1)連接電路 (電源電路、 C8051F020 芯片、 AD9954 芯片、顯示模塊、鍵盤輸入模塊、比較器 )。 單片機(jī)控制 AD9954產(chǎn)生正弦信號(hào)電路及其濾 波放大輸出電路是該信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)的核心部分， 由于器件對(duì)于帶寬的要求比較高，因此在器件的選擇和濾波器的設(shè)計(jì)上有較高的要求。 //從 IO 緩沖到寄存器 ex